机构的选型与组合

1、机构的选型与组合机构的选型与组合引言引言机构的组合机构的组合机械系统总体方案的设计机械系统总体方案的设计机械执行系统的方案设计机械执行系统的方案设计2刻字成形机构刻字成形机构3牛头刨床牛头刨床 1、机构的组合、机构的组合 由于现代机械工程对机械运动形式、运动规律和动由于现代机械工程对机械运动形式、运动规律和动力性能等方面要求的多样化和复杂化，以及各种单一的力性能等方面要求的多样化和复杂化，以及各种单一的基本机构性能的局限性，仅采用某种基本机构往往不能基本机构性能的局限性，仅采用某种基本机构往往不能很好地满足设计要求。很好地满足设计要求。 为满足设计要求，需要将各种基本机构进行适当的为满足设计要

2、求，需要将各种基本机构进行适当的组合。组合。 机构的组合是发展新机构的重要途径之一。机构的组合是发展新机构的重要途径之一。返回5如如单自由度机构单自由度机构 （F=1)F=1)二自由度机构二自由度机构四杆机构四杆机构凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构v基本机构基本机构：常用机构中，结构最简单的机构。：常用机构中，结构最简单的机构。 五杆机构五杆机构四杆高副机构四杆高副机构间歇运动机构间歇运动机构差动轮系差动轮系行星轮系行星轮系6v分析机构组合的步骤分析机构组合的步骤:认定机构系统中运动的认定机构系统中运动的输入及输出构件输入及输出构件；从输入构件开始，从输入构件开始，逐步分割出各基逐步分割出各基

3、本机构；本机构；从输入构件开始，画出各从输入构件开始，画出各基本机构之间运动传递关基本机构之间运动传递关系的框图；系的框图；确定组合方式。确定组合方式。转动导杆机构转动导杆机构24曲柄滑块机构曲柄滑块机构v65641串联组合串联组合1、机构的组合方式、机构的组合方式 机构的串联组合机构的串联组合 机构的并联组合机构的并联组合 机构的反馈组合机构的反馈组合 机构的叠联组合机构的叠联组合返回81.1 机构的串联组合机构的串联组合v构件固接式组合构件固接式组合： 将若干个单自由度的将若干个单自由度的基本机构，以基本机构，以前一个基前一个基本机构的输出构件本机构的输出构件和和后后一个基本机构的输入构一

4、个基本机构的输入构件件固接。固接。56A AB BC CD DE E转动导杆机构转动导杆机构的输出构件的输出构件BC和曲柄滑块机构和曲柄滑块机构的输的输入构件入构件CD固接固接9凸轮机构凸轮机构13曲柄滑块机构曲柄滑块机构5组合方式框图：组合方式框图：机构机构的输出构件的输出构件BCBC与机构与机构的输入构的输入构件件CDCD固接固接-构件固接式串联组合构件固接式串联组合10v轨迹点固接：轨迹点固接： 若前一个基本机构中的输出为平面运动构件上一点若前一个基本机构中的输出为平面运动构件上一点M的轨迹，通过轨迹点的轨迹，通过轨迹点M与后一个机构用铰链连接与后一个机构用铰链连接。织布机开口机构织布机

5、开口机构111曲柄滑块机构曲柄滑块机构 M凸轮机构凸轮机构5组合方式框图：组合方式框图：机构机构与机构与机构在点在点M M用铰链连用铰链连接接-轨迹点固接轨迹点固接121.2机构的并联组合机构的并联组合v 将一个多自由度机构作为将一个多自由度机构作为基础机构基础机构， 一个或几个一个或几个自由度为自由度为1的机构（称为的机构（称为附加机构附加机构）的输出构件接入）的输出构件接入基基础机构础机构，这种组合方式称为并联组合这种组合方式称为并联组合。铁板传送机构铁板传送机构13v组合方式框图：组合方式框图：1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 齿轮机构齿轮机构 2H 差动轮系差动轮系 （F=2基础机构基础机构

6、） 4两个附加机构两个附加机构、的输的输出构件出构件2和和H(H(摇杆摇杆CD)CD)接入接入基础机构基础机构-并联组合并联组合14v组合方式框图：组合方式框图：凸轮机构凸轮机构 凸轮机构凸轮机构 1 5S2S4 两自由度四杆两自由度四杆机构机构 （基础机构）（基础机构）SM两个附加机构两个附加机构、的的输出构件输出构件2和和4 4接入基础接入基础机构机构 -并联组合并联组合15五杆机构五杆机构1-2-3-4-5（基础机构）（基础机构）SC凸轮机构凸轮机构1-4-5 1 1S4v组合方式框图组合方式框图：附加机构附加机构的输的输出构件出构件4 4接入基础接入基础机构，构件机构，构件4 4和曲和

7、曲柄柄1向基础机构传向基础机构传入运动入运动-并联组合并联组合1.3机构的反馈组合机构的反馈组合v 以一个多自由度机构作为基础机构，基础机构的以一个多自由度机构作为基础机构，基础机构的一个输入运动一个输入运动是通过一个单自由度的附加机构是通过一个单自由度的附加机构从基础从基础机构的输出构件回授的机构的输出构件回授的。滚齿机分度校正机构滚齿机分度校正机构蜗杆能转动蜗杆能转动和由滑架带和由滑架带着移动着移动17蜗杆蜗轮机构蜗杆蜗轮机构 （基础机构（基础机构F=2） 1 1 2S1凸轮机构凸轮机构S4v组合方式框图：组合方式框图： 基础机构基础机构的输的输出构件出构件2 2的运动，的运动，通过附加机

8、构通过附加机构回授给基础机构回授给基础机构-反馈组合反馈组合181.4机构的叠联组合机构的叠联组合v在一基础机构上叠加二级组。在一基础机构上叠加二级组。BACDEFGHI折叠伞的收放机构折叠伞的收放机构19v将一个基本机构装在另一个基本机构的输出构件上。将一个基本机构装在另一个基本机构的输出构件上。特点：特点： 1）每一个）每一个基本基本机构都有一个动力源。机构都有一个动力源。 2）后一个基本机构的相对机架是前一个机构的输出构件。）后一个基本机构的相对机架是前一个机构的输出构件。 10.7液压缸机构液压缸机构9-8-10-7S98液压缸机构液压缸机构6-5 - 7-3S65 73液压缸机构液压

9、缸机构1-2 -3-4S12 34组合方式框图组合方式框图20v练习练习构件固接式串联组合构件固接式串联组合定轴轮系定轴轮系的输出构的输出构件件2和行星轮系和行星轮系的的输入构件输入构件2固接固接行星轮系行星轮系的输出构的输出构件件H H和行星轮系和行星轮系的的输入构件输入构件4固接固接21v组合方式框图：组合方式框图：定轴轮系定轴轮系1- 5 - 4 - 4 - 3 1 3 差动轮系差动轮系 （F=2基础机构基础机构） H=1= 3附加机构附加机构的输出齿轮的输出齿轮3 接入接入基础机构，齿轮基础机构，齿轮3和齿轮和齿轮1向基向基础机构传入运动础机构传入运动-并联组合并联组合2. 组合机构的

10、类型和功能组合机构的类型和功能常用的组合机构常用的组合机构 凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构 齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构 凸轮凸轮齿轮组合机构齿轮组合机构232.12.1凸轮凸轮连杆组合机构连杆组合机构 M M点描绘出一条复杂的轨迹点描绘出一条复杂的轨迹 四杆四移动副机构四杆四移动副机构( (F=2F=2) ) 两个凸轮机构两个凸轮机构( (F=1F=1) )刻字、成型机构刻字、成型机构v准确地实现复杂运动轨迹准确地实现复杂运动轨迹24小型电影放映机的抓片机构小型电影放映机的抓片机构v应用应用25笔芯装配线送进机构笔芯装配线送进机构26v准确地实现复杂运动规律准确地实现复杂运动规律 五杆

11、机构五杆机构( (F=2F=2) )，槽凸轮机构槽凸轮机构( (F=1F=1) ) 该组合机构准确地实现了工作要求的复杂运动规律。该组合机构准确地实现了工作要求的复杂运动规律。巧可力包装机的托包机构巧可力包装机的托包机构272.22.2齿轮齿轮连杆组合机构连杆组合机构实现复杂运动轨迹实现复杂运动轨迹实现复杂运动规律实现复杂运动规律28振摆式轧钢机轧辊驱动装置振摆式轧钢机轧辊驱动装置五杆机构五杆机构( (F=2F=2):):基础机构基础机构定轴轮系定轴轮系( (F=1F=1) ): :附加机构附加机构调节两曲柄调节两曲柄ABAB和和DEDE的的长度，长度，调节两曲柄调节两曲柄ABAB和和DEDE

12、的相位角，的相位角，可方便地改变可方便地改变M M点的轨迹点的轨迹。v 实现复杂运动轨迹实现复杂运动轨迹29v实现复杂运动轨迹实现复杂运动轨迹31v实现较长时间近似停歇实现较长时间近似停歇连杆机构连杆机构 (F=2)(F=2)：基础机构：基础机构行星轮行星轮系系 (F=1)(F=1)：附加机构：附加机构v实现复杂运动规实现复杂运动规律律差动轮系差动轮系( (F=2)F=2) 基础机构基础机构连杆机构连杆机构( (F=1)F=1) 附加机构附加机构改变四杆机构各构件的尺寸和改变四杆机构各构件的尺寸和z z5 5、z z225 5可获得不同的运动规律可获得不同的运动规律。25 215 255 zz

13、zzz 332.32.3凸轮凸轮齿轮组合机构齿轮组合机构v 实现复杂运动规律的间歇运动实现复杂运动规律的间歇运动差动轮系差动轮系(F=2):(F=2):基础机构基础机构固定槽凸轮固定槽凸轮机构机构(F=1):(F=1):附加机构附加机构返回34自动装卸机构自动装卸机构2 机械系统总体方案的设计机械系统总体方案的设计v 机械产品的设计过程机械产品的设计过程v机械总体方案设计的目的和内容机械总体方案设计的目的和内容返回2.1机械产品的设计过程机械产品的设计过程v机械产品设计机械产品设计: :分析分析 综合综合 创新创新开发开发新产品新产品特定要求特定要求特定功能特定功能v机械产品的设计过程机械产品

14、的设计过程1 1）初期规划设计阶）初期规划设计阶段段2 2）总体方案设计阶）总体方案设计阶段段3 3）结构技术设计阶段）结构技术设计阶段4 4）生产施工设计阶段）生产施工设计阶段38选题：选题： 选择设计对象，提出设计题目选择设计对象，提出设计题目； 调研和预测：调研和预测： 写出调研报告；写出调研报告；可行性论证：可行性论证： 写出产品开发可行性论证报告；写出产品开发可行性论证报告；确定设计任务确定设计任务：设计任务书。设计任务书。1 1）初期规划设计阶段）初期规划设计阶段392 2）总体方案设计阶段）总体方案设计阶段目标分析目标分析方案拟定方案拟定方案评价方案评价方案决策方案决策总体方案示

15、意图；总体方案示意图；机械系统方案运动简图；机械系统方案运动简图；运动循环图；运动循环图；方案设计计算说明书。方案设计计算说明书。机构运动简图的作用机构运动简图的作用机构运动设计的目标机构运动设计的目标设计说明的文件设计说明的文件构造设计的依据构造设计的依据403 3）结构技术设计阶段）结构技术设计阶段结构方案拟定结构方案拟定造型设计造型设计结构设计结构设计材料选择与材料选择与尺寸设计尺寸设计设计图绘制设计图绘制全套设计图纸；全套设计图纸；设设计计算说明书。设设计计算说明书。414 4）生产施工设计阶段）生产施工设计阶段v工艺设计工艺设计v工装设计工装设计v施工设计施工设计工艺流程卡片；工艺流

16、程卡片；工装设计图；工装设计图；基础安装图；基础安装图； 使用说明书等。使用说明书等。2. 2机械总体方案设计的目的机械总体方案设计的目的v传统仿照设计传统仿照设计： 往往忽略初期规划设计阶段的作用往往忽略初期规划设计阶段的作用; ; 往往忽略总体方案设计阶段的作用。往往忽略总体方案设计阶段的作用。初期规划设计初期规划设计生命力生命力竞争力竞争力开发什么产品？开发什么产品？v现代产品开发现代产品开发：总体方案设计总体方案设计设计目标设计目标调研调研可行性论证可行性论证创新的关键创新的关键432. 2. 机械总体方案设计的内容机械总体方案设计的内容（1 1）执行系统的方案设计）执行系统的方案设计

17、 执行系统的功能原理设计、运动规律设计、执行机构执行系统的功能原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计及执行系统的方案评的型式设计、执行系统的协调设计及执行系统的方案评价与决策。价与决策。（2）原动机类型的选择和传动系统的方案设计）原动机类型的选择和传动系统的方案设计 传动类型的选择、传动路线的选择、传动链中机构顺序传动类型的选择、传动路线的选择、传动链中机构顺序的安排、各级传动比的分配。的安排、各级传动比的分配。（3）控制系统的方案设计）控制系统的方案设计（4）其它辅助系统的设计）其它辅助系统的设计 润滑系统、冷却系统、故障监测系统、安全保护系统和润滑系统、冷却系统、故

18、障监测系统、安全保护系统和照明系统等的设计。照明系统等的设计。 3 机械执行系统的方案设计机械执行系统的方案设计v执行系统方案设计的过程和内容执行系统方案设计的过程和内容v执行机构的型式设计执行机构的型式设计453.1 执行系统方案设计的过程和内容执行系统方案设计的过程和内容 功能原理设计功能原理设计 根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现所根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现所需的功能要求。采用不同的工作原理设计出的机械，其性能、结需的功能要求。采用不同的工作原理设计出的机械，其性能、结构、工作品质、适用场合等都会有很大的差异。构、工作品质、适用场合等都会有很大的差

19、异。 运动规律设计运动规律设计 根据工作原理决定选择何种运动规律。工艺动作分解是运动根据工作原理决定选择何种运动规律。工艺动作分解是运动规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也规律设计的基础，工艺动作分解的方法不同，形成的运动方案也相同。同一个工作原理，可以有多种工艺动作分解。不同的工艺相同。同一个工作原理，可以有多种工艺动作分解。不同的工艺动作分解，将会得到不同的设计结果。动作分解，将会得到不同的设计结果。 执行机构型式设计执行机构型式设计实现同一种运动，可以选择不同型式的机构。执行机构的型式设实现同一种运动，可以选择不同型式的机构。执行机构的型式设计是指选用何种机构来实现上

20、述运动规律。这需要综合考虑机构计是指选用何种机构来实现上述运动规律。这需要综合考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本等因素。的动力特性、机械效率、制造成本等因素。 46 执行系统的协调设计执行系统的协调设计 对于由多个执行构件组合而成的复杂机械，必须使这对于由多个执行构件组合而成的复杂机械，必须使这些执行构件的运动以一定的次序协调配合，以完成预期的些执行构件的运动以一定的次序协调配合，以完成预期的工作要求。工作要求。 机构的尺度设计机构的尺度设计 对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸各执行机构的运动尺寸, ,绘制出各执

21、行机构的运动简图绘制出各执行机构的运动简图。 运动和动力分析运动和动力分析 对整个执行系统进行运动分析和动力分析，检验是否对整个执行系统进行运动分析和动力分析，检验是否满足运动要求和动力性能方面的要求。满足运动要求和动力性能方面的要求。 方案评价与决策方案评价与决策 方案评价包括定性评价和定量评价。方案评价包括定性评价和定量评价。 如果评价的结果是肯定的，则可绘出执行系统的运如果评价的结果是肯定的，则可绘出执行系统的运动简图，完成了执行系统的方案设计；如果评价的结果动简图，完成了执行系统的方案设计；如果评价的结果是否定的，则需要对设计方案进行修改。修改设计方案是否定的，则需要对设计方案进行修改

22、。修改设计方案的途径因实际情况而异的途径因实际情况而异。 v执行系统的功能原理设计执行系统的功能原理设计 功能原理设计的任务，就是根据机械预期实现的功能功能原理设计的任务，就是根据机械预期实现的功能要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较并根要求，构思出所有可能的功能原理，加以分析比较并根据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足据使用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好的满足功能要求，工艺动作又简单的工作原理。功能要求，工艺动作又简单的工作原理。 根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。实现这一功能要求。48 机

23、械抓、托原理机械抓、托原理v实例：实例：“鹊桥相会鹊桥相会”牛郎机器人的功能原理设计牛郎机器人的功能原理设计49电吸原理电吸原理总结总结： 实现某种预期的要求，可以采用多种不同的工作原理；实现某种预期的要求，可以采用多种不同的工作原理； 不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的不同的工作原理需要不同的工艺动作，这样所设计出的机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大机械在工作性能、工作品质和适用场合等方面都会有很大的差别。的差别。503.2 执行机构的型式设计执行机构的型式设计机构的构型机构的构型机构的选型机构的选型511.1.机构的选型机构的选型 利用发散思维的方法，将前人创

24、造发明的各种机构按利用发散思维的方法，将前人创造发明的各种机构按照运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中照运动特性或动作功能进行分类，然后根据设计对象中执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、执行构件所需要的运动特性或动作功能进行搜索、选择、比较和评价，选出执行机构的合适形式。比较和评价，选出执行机构的合适形式。 只要所选的机构能够实现预期的工作要求、结构简只要所选的机构能够实现预期的工作要求、结构简单、性能优良，且用得巧妙，其本身也是一种创新。单、性能优良，且用得巧妙，其本身也是一种创新。v自学要求：总结常见运动特性及其对应机构自学要求：总结常见运动特性及其对应机构522.

25、机构的构型机构的构型v选择选择 对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类比选对现有的数千种机构进行分析、研究，通过类比选择出基本机构的雏形。择出基本机构的雏形。 v突破突破 以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩展、以选择的雏形作为创新构型的生长点，通过扩展、组合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。组合和变异等方法去尝试突破，以获得新构思。v重新构型重新构型 在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且性能在突破的基础上，重新构筑能完成预期功能且性能优良的新机构。优良的新机构。常用方法有：组合法、变异法等常用方法有：组合法、变异法等53q组合法组合法 将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现基

26、本将几种基本机构用适当的方式组合起来，实现基本机构不易实现的运动或动力特性。机构不易实现的运动或动力特性。常用组合方式常用组合方式串联组合串联组合并联组合并联组合反馈组合反馈组合叠联组合叠联组合机构的组合是发展新机构的重要途径之一。机构的组合是发展新机构的重要途径之一。54q 变异法变异法 通过改变运动副的形状和尺寸、变更通过改变运动副的形状和尺寸、变更机架等方法生成新的机构型式。机架等方法生成新的机构型式。常用方法有：倒置、运动副变换等常用方法有：倒置、运动副变换等551 1）变更机构的机架（倒置）变更机构的机架（倒置）平面四杆机构的演化方法之一。平面四杆机构的演化方法之一。凸轮机构也可以通过倒置进行变异。凸轮机